變壓器鐘罩與底座連接片發(fā)熱原因分析

肖鴻威 王亞芳 吳志勇

（1.寧夏電科院設(shè)備評(píng)價(jià)中心，寧夏 銀川 750002；2.寧夏電力公司吳忠供電局，寧夏 吳忠 751100）

大型變壓器是電網(wǎng)傳輸電能的樞紐，是電網(wǎng)運(yùn)行的主設(shè)備，其安全可靠性是保障電力系統(tǒng)可靠運(yùn)行的必備條件，隨著電力系統(tǒng)規(guī)模和變壓器容量的不斷增大，其故障對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成損失也愈來(lái)愈大。變壓器的故障類(lèi)型很多，其中過(guò)熱故障是常見(jiàn)的多發(fā)性故障，對(duì)變壓器的安全運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重威脅。導(dǎo)致變壓器發(fā)熱的原因很多，變壓器的漏磁通在封閉鐵磁元件中產(chǎn)生的渦流損耗在變壓器的運(yùn)行中時(shí)常存在。由于漏磁密度高，所以產(chǎn)生的雜散損耗很大，有時(shí)可達(dá)數(shù)百千瓦 ，導(dǎo)致局部過(guò)熱現(xiàn)象。本文主要通過(guò)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的幾起變壓器鐘罩與底座連接銅排電流過(guò)大原因進(jìn)行分析，通過(guò)紅外在線(xiàn)檢測(cè)手段找到發(fā)熱點(diǎn)，并針對(duì)故障點(diǎn)制定有效對(duì)策，消除發(fā)熱故障。

1 案例

2012年3月，在對(duì)110kV及以上電壓等級(jí)的變電站進(jìn)行紅外巡視時(shí)，發(fā)現(xiàn)某110kV 變電站2#主變和某220kV變電站 2#主變的外殼接地裝置均有不同程度的發(fā)熱，且測(cè)得主變外殼接地銅排上的電流高達(dá)幾百安培。遂試驗(yàn)人員對(duì)接地裝置進(jìn)行檢查測(cè)試，分析外殼接地電流過(guò)大和接地裝置發(fā)熱的原因。

1.1 案例1

3月23日，試驗(yàn)人員對(duì)某110kV變電站 2#主變的外殼接地裝置進(jìn)行例行檢查時(shí)測(cè)得外殼接地電流分別為：北側(cè)251 A，南側(cè)244 A。具體接線(xiàn)方式（見(jiàn)圖1），紅外測(cè)試（見(jiàn)圖2、圖3）如下所示。

從紅外圖中可以看出，變壓器鐘罩外跨短接銅排的發(fā)熱部位在銅排與變壓器鐘罩的焊接處和銅排接頭處之間的地方，測(cè)得上節(jié)最高溫度達(dá) 18.7℃，接地電流為251A；下節(jié)最高溫度為16.3℃，接地電流為18A，鐘罩溫度為16℃，當(dāng)時(shí)環(huán)境溫度為14℃。

圖1 變壓器鐘罩外跨接短路環(huán)連接方式

圖2 北側(cè)上節(jié)外殼接地銅排紅外圖

圖3 北側(cè)下節(jié)外殼接地銅排紅外圖

為了進(jìn)一步確定是否是變壓器繞組電流和引線(xiàn)電流在結(jié)構(gòu)件中產(chǎn)生的漏磁造成渦流發(fā)熱，將變壓器北側(cè)的上節(jié)外殼與接地銅排斷開(kāi)，測(cè)得下節(jié)接地電流為 10A，上節(jié)用二次線(xiàn)接地后，測(cè)得電流為65mA，此時(shí)測(cè)得變壓器南側(cè)的上節(jié)接地電流為94A（未斷開(kāi)前為244A），下節(jié)接地電流為2A。測(cè)試接線(xiàn)如圖4所示。

圖4 接頭打開(kāi)后檢查接線(xiàn)圖

1.2 案例2

3月23日試驗(yàn)人員對(duì)某220kV變電站2#主變的變壓器鐘罩外跨短接銅排例行檢查時(shí)，測(cè)得接地電流分別為：西南側(cè)468 A，西北側(cè)50 A，西側(cè)15 A，其中西南側(cè)接地電流最大為486A，用紅外測(cè)溫儀監(jiān)測(cè)溫度時(shí)，連接螺栓最高溫度達(dá) 52.7℃。其他連接螺栓溫度正常，相鄰螺栓溫度為20℃，當(dāng)時(shí)環(huán)境溫度為17℃。跟蹤監(jiān)測(cè)變壓器油溫、色譜數(shù)據(jù)正常。具體接線(xiàn)方式如圖5所示，紅外測(cè)試如圖6所示。

圖5 鐘罩外跨短接銅排示意圖

圖6 鐘罩外跨短接銅排螺栓發(fā)熱部位

2 原因分析

2.1 分析案例1

案例1中外殼短接銅排發(fā)熱部在銅排與變壓器外殼的焊接處和銅排接頭處之間的地方，將北側(cè)短接銅排打開(kāi)后無(wú)回路測(cè)得北測(cè)電流最小為 65mA，對(duì)面南側(cè)接地電流最小為2A，說(shuō)明是變壓器漏磁回路造成的接地電流過(guò)大。變壓器繞組中的磁通包括主磁通和漏磁通，無(wú)論主磁通和漏磁通，可分為軸向分量和徑向分量。軸向分量分布較簡(jiǎn)單，沿繞組高度變化較小，徑向分量沿繞組高度分布復(fù)雜，由他引起渦流損耗分布很不均勻，且隨變壓器的容量變化而變化，不僅隨繞組的軸向高度變化，也隨繞組的徑向尺寸變化，尤其在端部變化大。

短接銅排不是焊接根部和上下節(jié)連接螺栓處，雖然接地電流較大，但是發(fā)熱部位的相對(duì)溫差很小，因此不影響變壓器絕緣油和密封墊的性能，無(wú)需處理，繼續(xù)加強(qiáng)跟蹤監(jiān)測(cè)。

2.2 分析案例2

案例2中發(fā)熱部位在鐘罩上下短接銅排的螺栓上，并且相對(duì)溫差較大，長(zhǎng)期熱效應(yīng)將加速鐘罩密封墊的老化，并且會(huì)影響到變壓器油的性能。

1）疑似螺栓安裝不緊、變壓器漏磁在螺栓上產(chǎn)生渦流導(dǎo)致過(guò)熱，是因?yàn)槁菟ㄅc法蘭污垢接觸不良而引起的。但松脫過(guò)熱螺栓的螺帽后，測(cè)得該螺栓溫度下降，排除疑似。

2）緊固螺栓后，螺栓外接短路電流仍過(guò)大并有發(fā)熱現(xiàn)象，由于變壓器繞組電流和引線(xiàn)電流在結(jié)構(gòu)件中產(chǎn)生的漏磁造成渦流發(fā)熱所致。分析認(rèn)為運(yùn)行中的變壓器漏磁在變壓器鐘罩表面感應(yīng)出較大的電流，正常時(shí)此電流通過(guò)變壓器鐘罩螺栓、變壓器底座、接地銅排泄放至大地。此時(shí)，越是緊固螺栓接地電阻越小，通過(guò)的泄放電流就越大，發(fā)熱就越嚴(yán)重。反之，則較輕。

3）通過(guò)上述測(cè)試分析確定鐘罩上下短接銅牌的螺栓發(fā)熱現(xiàn)象，是由于變壓器自身的漏磁對(duì)箱壁的銅屏蔽形成渦流影響造成的，進(jìn)而引起局部過(guò)熱。

3 處理措施

1）根據(jù)以上分析，由于變壓器仍在運(yùn)行，因此采取在發(fā)熱較嚴(yán)重的螺栓附近增加跨接短路銅排的數(shù)量，在短路片的材質(zhì)選擇上要選擇導(dǎo)電性能較好的銅，并且要有足夠的載流截面，以增加螺栓的散熱面并起到較好的分流效果。處理后的跨接短路銅排的數(shù)量由1個(gè)增加為3個(gè)（見(jiàn)圖7），增加后測(cè)得接地電流為191A，電流明顯減小。

圖7 增加后鐘罩外跨短接銅排

2）對(duì)連接螺栓部位進(jìn)行清污處理，并涂抹增加導(dǎo)電性和防氧化性的電力脂重新緊固。

處理后用紅外測(cè)溫議進(jìn)行溫度檢測(cè)，最高溫度40℃，相鄰銅排為 39℃，環(huán)境溫度 22℃，經(jīng)過(guò) 10天的跟蹤監(jiān)測(cè)溫度比較穩(wěn)定，相對(duì)溫差很小，不足以引起密封墊老化，影響設(shè)備健康運(yùn)行的因素。

4 結(jié)論

通過(guò)上述變壓器鐘罩螺栓過(guò)熱的發(fā)現(xiàn)和處理，警示變電站應(yīng)重視以下事項(xiàng)：

1）定期監(jiān)測(cè)鐘罩外跨短路銅排電流的變化情況，同時(shí)結(jié)合紅外測(cè)溫儀進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)。

2）檢查鐘罩連接螺栓，將連接處的接觸面處理干凈，連接牢固。

3）在溫度較高的螺栓旁邊增加外跨短路環(huán)，將螺栓上、下短接，減少過(guò)熱螺栓上流過(guò)的電流，使溫度降低。

4）當(dāng)鐘罩螺栓外跨接短路環(huán)電流過(guò)大時(shí)，可采用案例1的做法，在變壓器停電時(shí)在變壓器箱壁外引接地銅排，不經(jīng)過(guò)鐘罩螺栓，避免發(fā)熱引起密封墊老化。

5）當(dāng)鐘罩螺栓外跨短路環(huán)電流過(guò)大有發(fā)熱現(xiàn)象時(shí)，要結(jié)合油化色譜分析，當(dāng)油色譜正常時(shí)可以繼續(xù)運(yùn)行，注意跟蹤監(jiān)測(cè)。

6）在加裝變壓器鐘罩外跨短路環(huán)時(shí)，一定要注意材料的選擇，最好是導(dǎo)電性能料好的銅。

7）電流過(guò)大的根本解決辦法只有對(duì)變壓器大修時(shí)吊罩對(duì)油箱壁的磁屏蔽進(jìn)行處理。

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